Solubilidad y pH
Quisiera saber que cálculo matemático debo hacer para calcular el pH al que se solubiliza el CaCO3 Kps=4,8x10-9 agregando un ácido.
Respuesta de audreiev
1
Claro,
de hecho, ahorita revisando la respuesta, se me pasó algo... está mal el equilibrio global en realidad es:
CaCO3(2-) + H(+) <-----> Ca(2+) + HCO3(-)
Lo siento.
No sé si la duda es por qué son iguales esas concentraciones, o por qué son iguales a 0.1M, de todas maneras, te respondo ambas...
Son iguales las concentraciones porque:
Este equilibrio te está diciendo que el CaCO3 se descompone en 2 partes agregando H+ (un medio ácido), el primer posulado sería que los átomos se conservan, es decir:
Si descompones UNA molécula CaCO3, obtienes UNA molécula Ca(2+) y también queda UNA molécula de HCO3(-)
En conclusión, las mismas moléculas que obtienes de Ca(2+) son las mismas moléculas que obtienes de HCO3(-).
Ahora, se escogió 0.1 M por la siguiente razón:
Supongamos que tú agregas 1 mol de CaCO3 a 1 litro de agua(sin medio ácido).
No todo el carbonato de calcio precipita, sino que hay una parte que SÍ se solubiliza, y esa parte te la da Ks
Si pones el equilibrio sería:
CaCO3 <----> Ca(2+) + CO3(2-)
Ks = [Ca(2+)]*[CO3(2-)]
Vamos a llamarle "S" a la solubilidad de Ca(2+) y..., por lo que vimos arriba, la concentración de Ca(2+) es igual a CO3(2-) entonces
Ca(2+) = S
CO3(2-) = S
Si sustituyes te queda:
Ks = [S]*[S]
Ks = [S]^2
sacas la raíz de ambas partes y te queda:
S = RAIZ(Ks)
S = 6.93*10^-5M
Osea, es 0.000069 M si lo multiplicas por 1 litro para sacar moles te queda:
0.000069 moles, osea, casi nada del 1 mol que le echaste.
PERO... si le vas agregando poco a poco ácido, se va solubilizando, ¿en qué momento podemos decir que se está solubilizando?
Es algo "arbitrario" pero se considera cuando el 10% de la sustancia ya está solubilizada, es decir el 10% de 1 mol, sería 0.1 moles, si lo divides entre 1L te queda 0.1 molar
Pero igual pudiste escoger entre 0.2, 0.15.
de hecho, ahorita revisando la respuesta, se me pasó algo... está mal el equilibrio global en realidad es:
CaCO3(2-) + H(+) <-----> Ca(2+) + HCO3(-)
Lo siento.
No sé si la duda es por qué son iguales esas concentraciones, o por qué son iguales a 0.1M, de todas maneras, te respondo ambas...
Son iguales las concentraciones porque:
Este equilibrio te está diciendo que el CaCO3 se descompone en 2 partes agregando H+ (un medio ácido), el primer posulado sería que los átomos se conservan, es decir:
Si descompones UNA molécula CaCO3, obtienes UNA molécula Ca(2+) y también queda UNA molécula de HCO3(-)
En conclusión, las mismas moléculas que obtienes de Ca(2+) son las mismas moléculas que obtienes de HCO3(-).
Ahora, se escogió 0.1 M por la siguiente razón:
Supongamos que tú agregas 1 mol de CaCO3 a 1 litro de agua(sin medio ácido).
No todo el carbonato de calcio precipita, sino que hay una parte que SÍ se solubiliza, y esa parte te la da Ks
Si pones el equilibrio sería:
CaCO3 <----> Ca(2+) + CO3(2-)
Ks = [Ca(2+)]*[CO3(2-)]
Vamos a llamarle "S" a la solubilidad de Ca(2+) y..., por lo que vimos arriba, la concentración de Ca(2+) es igual a CO3(2-) entonces
Ca(2+) = S
CO3(2-) = S
Si sustituyes te queda:
Ks = [S]*[S]
Ks = [S]^2
sacas la raíz de ambas partes y te queda:
S = RAIZ(Ks)
S = 6.93*10^-5M
Osea, es 0.000069 M si lo multiplicas por 1 litro para sacar moles te queda:
0.000069 moles, osea, casi nada del 1 mol que le echaste.
PERO... si le vas agregando poco a poco ácido, se va solubilizando, ¿en qué momento podemos decir que se está solubilizando?
Es algo "arbitrario" pero se considera cuando el 10% de la sustancia ya está solubilizada, es decir el 10% de 1 mol, sería 0.1 moles, si lo divides entre 1L te queda 0.1 molar
Pero igual pudiste escoger entre 0.2, 0.15.
Hola otra vez, ¿siento volver a molestarte pero no me quedó bien clara esa suposición de las concentraciones de HCO3- y Ca(2+) a 0.1M . Me lo podrías explicar otra vez?. El resto de la respuesta la entendí muy bien. Gracias
Primero tienes que poner los dos equilibrios:
H(+) + CO3(2-) <----> HCO3(-)
CaCO3 <----> Ca(2+) + CO3(2-)
y el equilibrio global sería (sumándolos):
CaCO3(2-) + H(+) <-----> Ca(2+) + CO3(2-)
Cada uno de estos equilibrios, tiene una constante relacionada con sus concentraciones, en el caso de la primera es la constante ácida, y la segunda es la constante Kps (o Ks)
Ka = 4.69x10^-11 (segunda disociación del ácido)
Ks = 4.8x10^-9
Ke = Constante condicional (a calcular)
La forma matemática es:
Ka = [HCO3(-)] / [H(+)]*[CO3(2-)]
Ks = [Ca(2+)]*[CO3(2-)]
Ke = [Ca(2+)]*[HCO3(-)] / [H(+)]
es decir Ke = Ks/Ka
Si al equilibrio global le sacas a todo el log(x) te queda:
log(Ke) = log(Ca(2+)) + log(HCO3(-)) - log(H+)
La definición de pH es:
pH = -log(H+) entonces sustituimos:
log(Ke) = log(Ca(2+)) + log(HCO3(-)) + pH
Una cosa importante...
¿Cuándo sabes si ya se precipitó o no una sustancia?. Normalmente, se considera que puede estar soluble un compuesto cuando su concentración puede ser al menos del 0.1 M es decir 10^-1M
Si consideramos que la concentración de HCO3(-) es 10^-1M, su concentración es igual a la del ion calcio (si no entiendes bien eso me dices).
Entonces ya tenemos todo
[HCO3(-)] = 10^-1 M
[Ca(2+)] = 10^-1 M
Ke = Ks/Ka = 4.8x10^-9/4.69x10^-11
Ke = 102.35
Si despejas el pH de la última ecuación que dedujimos te queda:
pH= log(Ke) - log(Ca(2+)) - log(HCO3(-))
entconces sustituimos los valores
pH = log(102.35) - log(10^-1) - log(10^-1)
Si haces todos los cálculos te queda finalmente que:
pH = 4
Quiere decir que por abajo del pH 4 el Carbonato de calcio, se empieza a solubilizar, y por arriba de pH 4 empieza a precipitar...
Por eso... los edificios de mármol, les afecta tanto la lluvia ácida, porque literalmente se "solubilizan" jajajaja.
H(+) + CO3(2-) <----> HCO3(-)
CaCO3 <----> Ca(2+) + CO3(2-)
y el equilibrio global sería (sumándolos):
CaCO3(2-) + H(+) <-----> Ca(2+) + CO3(2-)
Cada uno de estos equilibrios, tiene una constante relacionada con sus concentraciones, en el caso de la primera es la constante ácida, y la segunda es la constante Kps (o Ks)
Ka = 4.69x10^-11 (segunda disociación del ácido)
Ks = 4.8x10^-9
Ke = Constante condicional (a calcular)
La forma matemática es:
Ka = [HCO3(-)] / [H(+)]*[CO3(2-)]
Ks = [Ca(2+)]*[CO3(2-)]
Ke = [Ca(2+)]*[HCO3(-)] / [H(+)]
es decir Ke = Ks/Ka
Si al equilibrio global le sacas a todo el log(x) te queda:
log(Ke) = log(Ca(2+)) + log(HCO3(-)) - log(H+)
La definición de pH es:
pH = -log(H+) entonces sustituimos:
log(Ke) = log(Ca(2+)) + log(HCO3(-)) + pH
Una cosa importante...
¿Cuándo sabes si ya se precipitó o no una sustancia?. Normalmente, se considera que puede estar soluble un compuesto cuando su concentración puede ser al menos del 0.1 M es decir 10^-1M
Si consideramos que la concentración de HCO3(-) es 10^-1M, su concentración es igual a la del ion calcio (si no entiendes bien eso me dices).
Entonces ya tenemos todo
[HCO3(-)] = 10^-1 M
[Ca(2+)] = 10^-1 M
Ke = Ks/Ka = 4.8x10^-9/4.69x10^-11
Ke = 102.35
Si despejas el pH de la última ecuación que dedujimos te queda:
pH= log(Ke) - log(Ca(2+)) - log(HCO3(-))
entconces sustituimos los valores
pH = log(102.35) - log(10^-1) - log(10^-1)
Si haces todos los cálculos te queda finalmente que:
pH = 4
Quiere decir que por abajo del pH 4 el Carbonato de calcio, se empieza a solubilizar, y por arriba de pH 4 empieza a precipitar...
Por eso... los edificios de mármol, les afecta tanto la lluvia ácida, porque literalmente se "solubilizan" jajajaja.
